非晶_纳米晶软磁材料及其应用_纪松
铁基非晶纳米晶软磁材料的研究及磁源的制备
铁基非晶纳米晶软磁材料的研究及磁源的制备引言在现代科技应用中，磁性材料起着至关重要的作用。
铁基非晶纳米晶软磁材料具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗等优异特性，在电机、传感器、储能设备等领域具有广阔的应用前景。
本文将对铁基非晶纳米晶软磁材料的研究及磁源的制备进行全面、详细、完整且深入地探讨。
铁基非晶纳米晶软磁材料的特性铁基非晶纳米晶软磁材料具有以下特性：1.高饱和磁感应强度：铁基非晶纳米晶软磁材料具有高饱和磁感应强度，能够提供更强的磁场。
2.低矫顽力：铁基非晶纳米晶软磁材料具有低矫顽力，能够在较小的外加磁场下实现快速磁化与反磁化。
3.低损耗：铁基非晶纳米晶软磁材料具有低磁滞损耗和涡流损耗，能够减少能量的损耗。
4.高温稳定性：铁基非晶纳米晶软磁材料具有较好的高温稳定性，能够在高温环境下工作。
铁基非晶纳米晶软磁材料的研究方法为了研究铁基非晶纳米晶软磁材料的性质和制备磁源，科学家们采用了多种研究方法，包括但不限于以下几种：1. 高温熔融法高温熔融法是制备铁基非晶纳米晶软磁材料的常用方法。
科学家们将合适的金属原料在高温环境下熔融混合，然后迅速冷却，形成非晶态或纳米晶态的材料。
2. 离子束溅射法离子束溅射法是一种物理气相沉积方法，可以制备出具有高纯度和均匀性的铁基非晶纳米晶软磁材料。
通过束流中的离子轰击原材料的靶，将靶材溅射到基底上，形成薄膜材料。
3. 机械合金法机械合金法通过高能球磨、挤压等机械力作用，将金属粉末进行均匀混合和纳米晶化处理，制备出铁基非晶纳米晶软磁材料。
4. 液相合成法液相合成法利用化学反应在液相中合成铁基非晶纳米晶软磁材料。
通过合适的反应条件和控制方法，将溶液中的金属离子还原成固体材料。
铁基非晶纳米晶软磁材料磁源的制备铁基非晶纳米晶材料的制备是实现磁源制备的基础。
通过适当的处理和改性，可以获得具有优异磁性的铁基非晶纳米晶软磁材料磁源。
1. 形状设计根据具体的应用需求，可以对铁基非晶纳米晶软磁材料进行形状设计。
10.3纳米晶软磁材料
10.3 纳米晶软磁材料
FINEMET合金
10.3 纳米晶软磁材料
NANOPERM 合金的晶化
10.3 纳米晶软磁材料
XRD of NANOPERM
10.3 纳米晶软磁材料
退火温度与纳米晶尺寸的关系
10.3 纳米晶软磁材料
NANOPERM Fe88Zr7B4Cu1
10.3 纳米晶软磁材料
材料 传统晶体合金（NiFe, Fe-Al-Si等） 制备方法 传统熔炼法 E k 0 成份控制 Eme0 成份、工艺控制
非晶合金（如FeSi-B, Co-Fe-Si-B 等） 纳米晶合金（FeSi-B-Cu, Fe-Zr-B 等）
熔体快淬法
非晶化
成份、工艺控制
非晶化晶 化
晶粒纳米化
非晶纳米晶磁性材料在汽车上的应用研究
.7.
4.1. 非晶态材料制备方法
.8.
4.2. 非晶态合金的软磁特性
u 研究一种铁基非晶、纳米晶软磁材料。该材料具有：（1） 铁损很低，特 别是高频铁损很低，以保证高节能。（2） 磁致伸缩小，几乎为零，高频化 时噪音很小，以保证在噪音标准内设计磁感高。（3） 高磁感，磁化时铁损 低、噪音低，以发挥软磁材料磁感方面的最大潜力，保证软磁材料最大限度 内的磁感应强度。（4） 导磁率高，以电动机小型轻便化。 u 研究具有上述性能的软磁材料带材块状化的技术方法。 u 研究上述磁性材料在汽车电动机上应用的可行性。
据报道，深圳华任公司宣称，其公司生产的非晶电机的效率为92～98%的，而电机 体积和重量却大大减小，从而极大的提升能源和资源的利用率。也就是说同样的电动汽 车，如果使用了非晶电机可以增加其行驶里程30%以上，而同样的行驶里程设计下，电 池可以节省30%的费用。
.3.
1. 中心电动机方案
公司自主D530混动卡车开发计划，使用的电机2种方案为：交流感应式 电机和开关磁阻电机，无论哪种都在使用工频（50HZ）的无取向硅钢片。
≥60000 —
P1.3/50 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.30
— — — — — — ≤0.25 — — —
铁损/(W/kg)
P0.4/10K —
P0.5/20K —
—
—
—
—
≤35
—
≤30
—
≤25
—
铁基非晶纳米晶软磁材料的研究及磁源的制备
铁基非晶纳米晶软磁材料的研究及磁源的制备
铁基非晶纳米晶软磁材料是目前磁性材料领域中研究热点之一。
该材
料具有高饱和磁通密度、低磁滞和低损耗等优良的磁学性能。
此外，
它还具有良好的加工性能，能够以极细的粒子尺寸制备出纳米级材料，这也为其在各种领域中的应用提供了广泛的可能。
目前，铁基非晶纳米晶软磁材料的制备方法主要有高能球磨、溅射和
快速凝固等。
其中，快速凝固法是目前制备该材料最常用的方法之一。
通过快速凝固技术，可以制备出纳米晶非晶合金材料，如Fe-Si-B-Cu-Nb等。
这种材料具有优良的磁学性能和机械性能，非常适合作为磁源材料使用。
研究表明，铁基非晶纳米晶软磁材料可以广泛应用于磁记录、变压器、电感器、电源等领域。
尤其是在电动汽车、风力发电机等领域，它的
应用前景非常广阔。
铁基非晶纳米晶材料的制备技术和性能研究也有
望推动磁性材料产业快速发展。
在未来的研究中，铁基非晶纳米晶软磁材料的制备和性能研究仍需要
不断地深入探索。
尤其是在磁性材料的领域中，材料的微观结构和磁
性能的关系仍存在着很多未知的领域。
因此，需要加强对铁基非晶纳
米晶软磁材料的研究，提高其制备工艺和性能，以此为推动磁性材料产业的发展做出更大的贡献。
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金磁性材料一. 磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场h 作用下，必有相应的磁化强度m 或磁感应强度b，它们随磁场强度h 的变化曲线称为磁化曲线（m～h或b～h曲线）。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度h 足够大时，磁化强度m达到一个确定的饱和值ms，继续增大h，ms保持不变；以及当材料的m值达到饱和后，外磁场h降低为零时，m并不恢复为零，而是沿msmr曲线变化。
材料的工作状态相当于m～h曲线或b～h曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2. 软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列。
剩余磁感应强度br：是磁滞回线上的特征参数，h回到0时的b值。
矩形比：br∕bs矫顽力hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。
磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与器件工作状态密切相关。
初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。
居里温度tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。
它确定了磁性器件工作的上限温度。
损耗p：磁滞损耗ph及涡流损耗pe p = ph + pe = af + bf2+ c pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低，磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc；降低涡流损耗pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。
在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：总功率耗散（mw）/表面积（cm2）3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。
器件的电压～电流特性与磁芯的几何外形及磁化状态密切相关。
纳米晶软磁材料的磁性能
15 ２００７／１ 总第１９７期 国内统一刊号 CN31-1424／TB
学术论文 Academic Papers
引起晶体自由能的改变，即引起畴壁体积能或畴壁面 积能的改变。这些能量的改变就是畴壁位移必须克服 的晶体内部的阻滞。
影响畴壁位移的因素： 内应力不均匀对畴壁位移的阻滞作用表现在：(1)对 畴壁能密度的影响。(2)体积效应对90°畴壁位移的影 响。(3)使畴壁弯曲。(4)产生内退磁场等。
3.3 磁导率与纳米晶粒间磁畴作用的关系 纳米合金受磁化的过程，就是外加磁场对磁畴的
作用过程，也就是外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转 到外磁场方向（或近似外磁场方向）的过程。它是通 过二种形式进行的，一是磁畴壁的迁移，一是磁畴的 旋转。在磁化过程中有时只是一种形式起作用，有时 是二种形式同时起作用。磁畴的形状、大小、分布及 各畴的磁化方向决定于材料的内禀性能，如：交换能 密度，各向异性，磁致伸缩，晶体不完整性（如内应 力、夹杂的大小和分布）及温度等，同时还受晶粒的 形状、大小、表面取向、外应力和外加磁场的影响。
此外，磁致伸缩和磁弹性能也影响畴壁位移过程, 因为壁移也会引起材料某一方向的伸长，另一方向则 要缩短。
所以，要提高磁导率，必须减小如上所述的对壁 移产生的各种阻滞作用。 3.4 Pcm~T曲线的特征
从图2中可知，样品在低温段损耗较大，而在高温 段的损耗尤其大，在 140℃~200℃温度段的损耗为最 低。
fecunbsib合金在中频感应炉熔炼成锭一采用单辊法制各非晶薄带然后在一定温度下脆化处理一处理后的薄带破碎加工成非晶粉末一非晶粉末与粘结剂绝缘剂均匀混合压制成粉一粉末坯进行微晶化处理获得纳米晶组织一磁粉芯样品表面喷塑处理一进行磁性能检测
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纳米晶 纳米非晶 -回复
纳米晶纳米非晶-回复纳米晶和纳米非晶是两种不同的材料结构，它们在纳米级尺寸下具有独特的性质和应用。
接下来，我将逐步解释这两个主题，并分析它们的特点和应用。
一、纳米晶纳米晶是一种具有晶体结构的纳米材料。
晶体是由原子或分子按照规则的周期性排列而成的，而纳米级的晶体则具有更加细小的结构。
纳米晶的晶格在纳米尺度下会出现明显的变形，导致其具有一些独特的物理和化学性质。
1. 特点首先，纳米晶具有较大的比表面积。
由于晶体结构的细小，纳米晶的比表面积较大，有助于提高物质的反应速率和吸附性能。
其次，纳米晶具有较高的强度和硬度。
晶粒尺寸的减小使材料颗粒之间的相互作用变得更加困难，从而提高了纳米晶的强度和硬度。
此外，纳米晶还表现出许多尺寸效应，如光学性质的改变、电子结构的变化等。
2. 制备方法制备纳米晶的方法主要包括物理方法和化学方法。
物理方法包括溅射法、磁控溅射法、气体相沉积法等，利用高能量粒子或脉冲电流来改变材料的晶体结构。
化学方法则是通过溶胶-凝胶法、溶液法、水热法等将溶剂中的原子或分子进行有序排列，并形成纳米尺寸的晶粒。
3. 应用领域纳米晶具有广泛的应用领域。
在材料科学领域，纳米晶可用于制备高强度、高韧性和高导电性的材料。
此外，纳米晶还可应用于催化剂、传感器、电子器件等领域。
在生物医学领域，纳米晶还可以作为药物载体、生物标记物等，用于药物传递和成像等应用。
二、纳米非晶纳米非晶是一种具有非晶结构的纳米材料。
非晶结构是指材料的结构没有明确的周期性，而是呈现出无规则的排列方式。
纳米非晶材料在纳米级尺寸下具有高度的非晶性，其性质和应用与传统非晶材料有所不同。
1. 特点与传统非晶材料相比，纳米非晶具有更高的玻璃化转变温度和更好的热稳定性。
纳米非晶还具有较好的可塑性和可冷变形性，使其在加工和制备过程中更加灵活和方便。
此外，纳米非晶还具有优异的磁学、光学和电学性质，使其成为发展新型电子器件和磁性材料的理想选择。
2. 制备方法纳米非晶的制备方法主要包括快速凝固法、溶胶-凝胶法、磁控溅射法等。
非晶、纳米晶合金发展概况及应用展望
非晶、纳米晶合金发展概况及应用展望发布时间：2021-05-28T12:05:50.280Z 来源：《科学与技术》2021年5期作者：崔兴华[导读] 非晶钛合金具有良好的软磁性和低成本，广泛应用于变压器铁心等磁性器件中。
崔兴华安泰科技股份有限公司，北京 100094摘要：非晶钛合金具有良好的软磁性和低成本，广泛应用于变压器铁心等磁性器件中。
但在一定条件下，它变得稳定结晶，物理性能恶化或优化。
只有通过匹配的热处理工艺(非晶法)才能获得良好的非晶纳米晶结构，材料才能具有良好的物理性能。
因此，有必要研究合金成分和组织对快速淬火和退火非晶纳米晶软磁材料物理性能的影响，以获得有关合金组织的有用信息。
这有助于获得性能更好的非晶纳米晶材料，可以更广泛地应用于工业生产。
关键词：非晶合金；纳米晶合金；发展；应用引言：早在1960年，就已经有教授发明了快淬工艺，并将其应用到非晶钛合金的生产中。
由于非晶钛合金本身结构、材料特殊，因此在实际使用时，可以有效的提升非晶钛合金的质量，提升使用率，满足各领域的使用需求，对其在日后的发展来说也奠定了良好基础。
在过去的40年里，国内外相关技术人员对非晶钛合金的研究工作给予了高度重视，不断应用当代先进技术手段进行材料设备创新，致力于研发全新产品，这使各种非晶材料得到了广泛的应用，并扩大了非晶材料的应用前景，特别是以软磁材料为首的非晶钛合金在工业领域的生产中得到了全面应用。
在传统工业中，非晶钛合金的出现可以有效的提到了传统的硅钢材料，并在一定程度上降低了工业配电变压器的损耗，提升了设备的使用。
到了现代电子工业，科学技术水平不断的提升，全新的非晶钛合金的出现了。
其在发展中，融合了各种软磁材料，并根据设备的实际使用需求，进行创新、融合，可以有效的满足不同设备的使用需求，并朝着高效、节能、小型化、微型化方向发展电子产品加快发展。
为此，本文简要介绍了该领域的发展过程和应用前景。
1 非晶、纳米晶合金发展概述非晶软磁合金的发展可分为两个阶段。
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第28卷第5期2005年l
月
兵器材料科学与工程
ORDN乃NCEMAJERIALSCIENCEANDENGINEERINGVol28N01
2005
非晶/纳米晶软磁材料及其应用
’
纪松钱冲明张延松谭锁奎
(中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103)摘要:综述了软磁材料的分类及其性能对比重点介绍了高性能非晶/纳米晶软磁材料的性能及应用非晶/纳米晶软磁材料具有较高的综合软磁性能如高饱和磁感应强度高磁导率低高频损耗等用非晶/纳米晶软磁材料制作的器件
具有质量轻体积小性能高等优点在大功率中高频变压器高频开关电源电磁兼容器件高精度电流互感器巨磁阻抗传感器等中得到了广泛的应用是软磁材料的又一个发展方向和研究热点关键词:非晶;纳米晶;软磁材料
;
中图分类号:TM2712文献标识码:A文章编号
:1004一2科X(2005)01一0051一05
Amorphous/nanoerystalnesoftmagneticmaterialsandthdraPPlicaUons
Jlsong口例N瓜n一ming,ZH刁N召Yan一song,TANsuo一蕊i
(NinghoBranehofChinaAeademyofOrdnaneeSeieneeNingbo315103China
Abstract:Inthispapertheelassifieationandpropertyeontrastofsoftma叨etiematerialsaresumarizedTheemphasesare川aeedonthe厂叩e御andapplieationofhighprop,rtyamo甲hous/nanoe口stallinesoftmagndiematerialsThe二sultsshowth
a
t
am呷hous/nanoe叮stallinesoftmagnetiematerials壬lavepreferablyinte脚tedsoft
ma邵etiematerialpropertiesThe叩paratu
s
madeOfamo印hous/nanoe斗stallinesoftmagnetiemterialshavesomemeritssuehaslightweightsmallbulkhighpropertyand
50onTheyarewidelyusedinhighfrequeneytransformerwithbigpowerhighfrequeneyswitehpowerEMCappartuseurentmutual盛nduetorwithhighpreeisionetcThisstudy15anotherdevelopmentdireetionandhott叩ieinthefieldof别〕flma即etjema*e
rialskeywords:amo甲hous:nanoeryst找lline:softmagnetiematerials;aPplieation
现代电力电子的仪器设备正朝着小型化轻量化的方向发展这种小型化轻量化是科技发展的需
求而且对于军用装备来说尤为
重要
在电子装备中部分无源器件如电阻电容等已
实现平面化可以大幅度减轻质量和减小体积但对
于功率器件如电感器变压器等尤其是在大功率条
件下因工艺技术所限实现平面化技术难度较大这就要求从器件材料角度出发利用新型材料所具有的高性能特点来减小器件的体积和质量如发展高饱
和磁感应强度高磁导率低高频损耗的综合性能软
磁材料针对这类实际使用要求软磁材料从Fe一Si合金铁氧体发展到非晶材料及近年来发展起来的纳米晶(也称超微晶)软磁材料特别是纳米晶软磁材料因其综合性能大幅度的提高为电子装备的小型
化轻量化提供了材料技术的基础
1软磁材料的分类
从十九世纪末最早的软磁材料工业纯铁开始软磁材料经过百余年的发展性能由低到高成分由简
单到复杂已发展成为一个由工业纯铁Fe一Si
合金
Fe一Ni合金Fe一51一AI合金Fe一C。合金Fe
基非
晶合金Fe一Ni基非晶合金Co基非晶合金和软磁铁氧体等构成的多品种多牌号的软磁材料体系为现
代工程技术的发展提供了强有力的材料技术支撑
从目前常规软磁材料的性能特征来看工业纯铁Fe一Si合金Fe一Co合金和Fe基非晶合金具有较高的饱和磁感应强度B但磁导率较低损耗高不宜
在高频下应用;Fe一Ni合金和CO基非晶合金具有高磁导率C。基非晶合金还具有低损耗特性可在高频
下使用但饱和磁感应强度较低且价格昂贵;软磁铁
收稿日期2004一01一18;修订日期2004一04一14作者简介纪松(1963一)男研究员级高工博士电
话
:0574一879023
01兵器材料科学与工程第28卷氧体具有低损耗特性但磁导率和饱和磁感应强度且均较低可见目前常规软磁材料往往仅具有某些较高的软磁性能还不具备高综合软磁性能即兼有
高
饱和磁感应强度高磁导率和低损耗等性能图1“’为
1kHz
下的纳米晶软磁材料和传统的软磁材料的饱和磁感应强度B与有效磁导率户的关系6’丫一叹砰石赢-250「\人。‘25r\认扮慷护“25犷\、丫决蕊礴乒!\)、夺洛推{攫里’5「~冬琴若。125卜r、、丫共尧砚}l、丫狱忿62下女{二蓝几多’5琳鱿我袜一一125一00510152刀25BslT图1IkHzo4A/m下软磁材料的饱和磁感应强度B和有效磁导率户的关系20世纪80年代末问世的Fe基纳米晶软磁材料在性能上兼有与Fe基非晶材料相近的高饱和磁感应强度与CO基非晶材料相当的高磁导率和低损耗在软磁材料发展史上首次实现了集常规软磁材料的性能优势于一体综合软磁性能十分优异这是20世
纪
继非晶软磁材料后软磁材料领域的又一重大进
展
成为磁性材料研制和应用开发领域的又一热点和学科发展前沿经过多年的研究开发Fe基纳米晶软磁
材料在电子装备中得到了广泛的应用目前常用非晶纳米晶软磁材料及其性能见表1’2〕
2非晶纳米晶软磁材料的应用
鉴于非晶纳米晶软磁材料的优异特性可应用于电子仪器设备中的大功率中高频变压器高频开关电源电磁兼容器件高精度电流互感器高频电流取样器磁传感器等器件中
21大功率中高频变压器
在20一50kHz频率范围内的变压器以往一般采
用铁氧体做变压器磁芯由于制造工艺的限制大功
表1常用软磁材料及其性能合金产0“(mHm)产/(mHm)Hc/(Am)Br/B铁基纳米晶铁基非晶钻基非晶铁镍基非晶坡莫合金IJ85功率铁氧体冷轧硅钢09085095口/T尸/(wkg)125W月二34刀/(闷m)d/(gemTc/
℃
5502x10
187556W=4=4=30=457572572
767741527x1005x10]2x105x104062飞q427
9014025
507只0809507005565x10
WOWOWO
价5512
62
03W=204776
55x10
0502南50
率变压器所需要的磁芯很难解决不得不使用几个磁
芯纳米晶软磁材料具备的优异性能为高频变压器
的小型化轻量化提供了理想材料用纳米晶软磁材料制造的变压器具有以下优点l”’
:
功率大:当10~20kw时功率密度可达到15-
20kw/kg;漏感小:一般小于5
卜H;
效率高:可达
到
90%以上;体积小质量轻:巧kw
变压器的质量仅为
3kg左右体积比铁氧体降低50%;
温升小:由于纳米
晶软磁材料的低损耗可大幅度降低发热从而提高变压器的使用可靠性22高频开关电源
非晶纳米晶软磁材料的薄带厚度和电阻率决定其最佳应用频率范围在kHz频带这正好与目前的高频开关电源频带相同高频开关电源就成了应用非晶纳
米晶软磁材料应用的重要领域高频开关电源中使用的磁性器件较多如图2[,’所示这些磁性器件均为开
控制功率变压器
高腆
整流器器l.~‘留功率逮波器器艘妇夏据理明八
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举L主胜J幸{彭
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图2开关电源中使用的磁性器件
关电源的核心元件如功率变压器电流互感器共模
电感扼流圈滤波电感可饱和电感尖峰信号抑制器和抗噪声干扰器等
我国已开发出多种规格的非晶纳米晶材料的O型C型CD型等器件应用于开关电源变压器的磁芯
并广泛应用到了中频电源逆变电源程控交换机及逆变焊机等的电源变压器这些产品的成功推广应用有效地提高了非晶纳米晶软磁材料及器件的技术与
生